[发明专利]一种3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒的制造方法

说明书

本发明公开了一种3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒的制造方法，以天然硅藻为生产工具，用海水、光和二氧化碳为原材料进行人工培养，将硅酸盐转化为二氧化硅富集于硅藻外壳，然后分离纯化，用酸及氧化剂处理，脱除有机质，得到3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒产品；过程中制备工艺简单，绿色环保，能耗低，无污染；生物制造的二氧化硅微颗粒具有良好的3D层级多孔结构，产品产率在10～500 mg/L范围内，化学组成均一，颗粒度均一，在微纳米尺度上有高度的结构均一性，可用于生物传感器、生物医药、医用生物材料、光电器件加工等精准器械的制备；本发明具有操作简便、制造成本低廉以及能耗低等优点，具有良好的开发应用潜力。

技术领域

本发明属于生物材料领域的一种3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒的制造方法。

背景技术

二氧化硅是一种坚硬且在水中难以溶解的固体，在自然界中广泛分布。层级多孔二氧化硅作为一种特殊材料，用途十分广泛，在光电、生物材料、医药、食品和日用品等方面展示出非常重要的应用前景；3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒材料的制备方法很多，有人工制造，也有天然矿产；人工制造如气相沉淀法、溶胶凝胶法和水热合成法等，这些方法一般伴随着高温、高压、极端的pH等条件，造成一定的高能耗和一定的环境污染，优点是制造出来的层级多孔二氧化硅纯度高，缺点是层级多孔二氧化硅微颗粒的3D微观结构不规则，物理结构的精度不够高，微颗粒表面达不到纳米尺寸均一的精准度；天然矿产中的硅藻土是另一个3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒的主要来源，优点是成本低，来源丰富，具有良好的微纳米层级多孔结构，缺点是形态组成混杂，有杂质，结构不完整，不可生物降解，不能用于精准高端材料的制造，特别是不能用于生物医用材料。

生物矿化是由生物体通过生物大分子的调控作用生成无机矿物的过程，也叫生物制造，与一般矿化最大的不同在于它是生物在特定的部位，在一定的物理化学条件下，在生物有机物质如细胞和有机基质的参与、控制或影响下，将溶液中的离子转变为固相矿物，形成严格的空间结构。自然界中硅藻具有将硅酸盐转化为二氧化硅的功能，是一种生物矿化制造二氧化硅材料的生物制造方法。

硅藻是能够进行光合作用的微藻类真核生物，其种类繁多、分布广泛，凡是有光线、水、二氧化碳和必要营养物的地方，都能发现硅藻。硅藻外覆硅质细胞壁，由具有完全有序的三维结构的二氧化硅和有机质组成，大小在1 ～ 1000μm之间，表面布满纳米层级多孔，是3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒的生物来源，其优点是生物制造，生物降解，结构均一，微结构精准一致，缺点是含有有机质并且缺少规模化制备技术。

本发明开发了一种利用硅藻人工培养，将硅酸盐转化成3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒产品的生物制备技术，从而解决已有技术的不足。

发明内容

以天然硅藻为模式生物，通过人工培养，将硅酸盐转化成硅藻外壳基，然后分离纯化去除有机质得到生物矿化的外壳即为本发明制备的3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒产品。

本发明的目的是提供一种用海洋硅藻制造3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒产品的方法。用天然硅藻、海水和人工培养，将无机硅酸盐转化成矿化外壳，经分离纯化去除有机质制造出产量在10 ～ 500 mg/L的3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒产品。

本发明以天然硅藻为生产工具，用海水、无机硅酸盐、光和二氧化碳为原材料进行人工培养，然后分离纯化得到3D结构层级多孔二氧化硅微颗粒产品；过程中用酸及氧化剂处理，制备工艺简单，绿色环保，能耗低，无污染；生物制造的二氧化硅微颗粒具有良好的3D层级多孔结构，化学组成均一，颗粒度均一，在微纳米尺度上有高度的结构均一性，可用于生物传感器、生物医药、医用生物材料、光电器件加工等精准器械的制备。